第三代半导体：电动车只是开胃菜，制霸太空才是大餐( 二 ) 本文系基于公开资料撰写

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碳化硅第二个令人惊讶的特性是热导率：碳化硅因导电而升温时，可以迅速排出热量，延长器件的寿命。实际上，在宽带隙半导体中，碳化硅的热导率仅次于金刚石。借助这一属性，我们可以将大功率碳化硅晶体管连接到更低功耗的硅元件所使用的相同大小的散热器上，并且仍然可以得到一个功能齐全、经久耐用的设备。

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第三个特性与在金星上运行最为相关，即在室温下碳化硅的本征电荷载流子浓度非常低。本征载流子浓度表明了热能使多少电荷载流子导电。（向半导体掺入另一种元素的原子可以增加可用载流子，但是，本征浓度表示的是没有掺杂的情况下的浓度。）你可能认为，这里的低值（特别是比硅的值低）是一件坏事，但如果想在高温下工作，情况就不是这样了。
原因如下：温度上升时，作为半导体的硅停止工作并不是因为它发生熔化、燃烧或任何剧烈变化。相反，晶体管开始充满热产生的电荷载流子。热量使一些电子有足够的能量从价带（它们在价带中与原子结合）沸腾出来，进入导带，留下带正电的空穴。分离出来的电子和空穴有助于传导。在中等温度下（对硅来说是250℃到300℃），这只会使晶体管漏电并产生噪声，但在更高的温度下，本征载流子浓度超过了掺杂所能提供的载流子数量，晶体管就会像卡在“开”位置的开关一样再也无法关闭了。

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相比之下，碳化硅具有更宽的带隙和更少的本征载流子，在“晶体管泛洪”前具有更大的温度净空，使其能够在800°C以上继续开关切换。
在这些特性的共同作用下，相比硅而言，碳化硅能够在更高的电压、功率和温度下工作。此外，即使在硅能够工作的温度下，碳化硅的性能也往往更优，因为碳化硅器件可以以更高的频率和更低的损耗完成开关切换。
综上，我们就有了更高效、更结实耐用的器件，以及体积更小、重量更轻且能够在金星环境中运行的电路和系统。
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虽然未来的金星登陆器需要一部分高压功率晶体管，但它的大部分电路（在处理器、传感器和无线电中）需要低压晶体管。相较于硅，针对碳化硅的开发更少，但由于存在封装问题，我们已经开始了研发。
随着分立碳化硅功率器件的商业化应用，工程师们认识到，有必要降低费电的不必要寄生电阻、电感和电容。
一种方法是通过先进的封装方式，将控制、驱动和保护电路与功率器件更好地集成在一起。在硅电力电子设备中，这些电路位于印刷电路板（PCB）上，但在碳化硅功率晶体管所能达到的较高频率下，印刷电路板的寄生效应可能过大，会导致噪声过大。将这些电路与功率器件封装甚至集成在一起可以消除噪声。不过后一种办法也意味着要用碳化硅制作这些电路。
【第三代半导体：电动车只是开胃菜，制霸太空才是大餐】出于多方面的原因，在室温下，碳化硅并不是低压微电子设备的自然选择。也许最重要的原因是电压不可能真的一直那么低，所以功耗也不可能一直很低。硅的带隙较小，因此我们可以用1伏的电压来驱动微电子设备，但是碳化硅的带隙几乎是硅的3倍。因此，推动电流通过晶体管所需要的最低电压（即阈值电压）也较大。我们通常会使用15伏电压来给碳化硅“低压”微电子设备供电。